關(guān)于軸承壽命的理論
對(duì)于所有會(huì)使用到軸承的工程師來(lái)說(shuō)，軸承壽命是個(gè)繞不過(guò)去的坎。無(wú)論是軸承的選型，設(shè)備的初步校核計(jì)算，還是軸承的失效分析，大家或多或少的都會(huì)想到要去計(jì)算或者校核軸承壽命。
在軸承選型階段，軸承壽命計(jì)算顯的更加重要。因?yàn)椴粌H涉及到選的軸承是否正確，還有軸承在設(shè)備中是否能達(dá)到預(yù)期的使用時(shí)間。在做軸承選型的壽命計(jì)算之前，大家得知道到底什么是軸承壽命。而且昌暉儀表相信很多熟悉軸承的工程師每天都會(huì)聽(tīng)到很多跟軸承壽命相關(guān)的名詞，例如，軸承壽命，軸承的額定壽命，軸承的疲勞壽命，還有高級(jí)疲勞壽命，使用壽命，這些名詞的背后都代表了什么意思，這些壽命之間有什么關(guān)系，為什么壽命被表示成L10，那些公式里林林總總的系數(shù)都是什么意思？
軸承壽命，說(shuō)起來(lái)是個(gè)很簡(jiǎn)單的概念，但是涉及到應(yīng)用，牽扯的東西方方面面。所以，這個(gè)話題的內(nèi)容比較多，昌暉儀表會(huì)準(zhǔn)備一系列文章一一跟大家討論。
1、什么是軸承壽命
20世紀(jì)40年代，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，運(yùn)轉(zhuǎn)中的滾動(dòng)軸承，如果潤(rùn)滑良好，運(yùn)行環(huán)境干凈無(wú)雜質(zhì)，沒(méi)有潮氣和腐蝕，并且載荷適中，那么軸承損壞的原因只有一個(gè)，即材料的疲勞。過(guò)去大家一直認(rèn)為，由于存在滾動(dòng)接觸表面的疲勞概率，任何旋轉(zhuǎn)軸承(包括滾動(dòng)，滑動(dòng)，以及其他設(shè)計(jì)的軸承)都不可能無(wú)限運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)檩S承中的應(yīng)力是循環(huán)作用在接觸表面，相比較其他的工程結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，這種應(yīng)力要大得多。同時(shí)，在其他的工程結(jié)構(gòu)中，鋼材(或者金屬材料)具有一個(gè)代表動(dòng)態(tài)應(yīng)力水平的耐久極限，如果動(dòng)態(tài)應(yīng)力不超過(guò)這一水平，結(jié)構(gòu)就不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。
滾動(dòng)接觸疲勞表現(xiàn)為：金屬顆粒從滾道(或者滾動(dòng)體)表面剝落的過(guò)程。對(duì)于潤(rùn)滑很好的軸承，以及制作工藝(尺寸精度，尺寸一致性，表面精度等等)較好的軸承，裂紋(剝落)最先開(kāi)始于表面下(很多老一輩的工程師也稱作次表面)，然后向上延伸到表面，最后在接觸面(也叫做承載面)形成點(diǎn)狀，或者較大面積的材料剝落。
早期的軸承專家認(rèn)為，導(dǎo)致表面下裂紋或者剝落發(fā)生的罪魁是最大正交剪應(yīng)力，而這個(gè)剪應(yīng)力位于表面下幾個(gè)微米的深度。
上述的三個(gè)段落的內(nèi)容，從真正意義上解釋了什么是軸承疲勞壽命。
多說(shuō)兩句：當(dāng)然，目前為止也并不是所有的軸承研究者都同意最大正交剪應(yīng)力是導(dǎo)致軸承失效的關(guān)鍵性應(yīng)力。馮·米塞斯曾經(jīng)提過(guò)一個(gè)形變能理論，這個(gè)理論的內(nèi)容是有一個(gè)近似于兩倍最大正交剪切應(yīng)力幅值的等效應(yīng)力才是導(dǎo)致軸承失效的最終原因，而且這個(gè)等效應(yīng)力出現(xiàn)的位置比最大正交剪應(yīng)力還深50%。當(dāng)然，有各種各樣的理論，或者研究，都是為了找到最終的原因，但是大家只要理解原理就好，這些內(nèi)容知道就好，不要太深入的了解。
總結(jié)一下上面的文字，最終就是兩個(gè)結(jié)論：軸承的疲勞跟材料有關(guān)；軸承的疲勞是應(yīng)力導(dǎo)致的結(jié)果。
2、軸承壽命的表征
昌暉儀表相信大家都有一個(gè)感覺(jué)，軸承出現(xiàn)問(wèn)題，即失效的時(shí)間似乎都遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于軸承計(jì)算出來(lái)的壽命，原因是什么？這里昌暉儀表就可以跟大家一起探討一下上述那些關(guān)于軸承疲勞的名詞都是怎么回事了。
軸承壽命是個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念
即便工程師從應(yīng)力的角度去計(jì)算軸承的壽命，也不可能真正算出某個(gè)軸承的唯一壽命到底是多少，因?yàn)閺膲勖碚摰慕嵌葋?lái)做的分析都是大概率的或者說(shuō)絕大多數(shù)軸承出現(xiàn)問(wèn)題的概率。
L10本來(lái)的意思就是，當(dāng)90%的軸承達(dá)到這個(gè)計(jì)算結(jié)果，就叫做軸承在這個(gè)應(yīng)用下(或載荷下)的壽命。(請(qǐng)注意這里，昌暉儀表沒(méi)有用疲勞壽命這個(gè)詞，為什么，以后再說(shuō)。)所以，即便大家看到的軸承失效都是軸承旋轉(zhuǎn)到了發(fā)生金屬材料的疲勞，也有10%概率的軸承的壽命會(huì)低于計(jì)算壽命。
影響軸承壽命的其他因素
在開(kāi)篇昌暉儀表就提到，軸承損壞的原因，除了金屬材料的疲勞以外，需要“潤(rùn)滑良好，運(yùn)行環(huán)境干凈無(wú)雜質(zhì)，沒(méi)有潮氣和腐蝕，并且載荷適中”。
從另一個(gè)角度說(shuō)，大家所看到的軸承損壞，絕大部分的原因都不是疲勞，而是潤(rùn)滑不良，雜質(zhì)入侵，安裝損傷，水分侵蝕，其他腐蝕，過(guò)電流，載荷不穩(wěn)定，振動(dòng)，甚至加工損傷，儲(chǔ)存不良，密封泄漏，軸承室磨損，軸尺寸偏差，等等各種各樣的原因。
而上述的這些因素，在早期，并且單純的軸承疲勞壽命校核里工程師是沒(méi)有考慮到的。
但是隨著現(xiàn)代軸承理論的發(fā)展，在前輩理論的基礎(chǔ)之上，工程師慢慢的把上述比較重要的影響因素通過(guò)一些手段引入到了軸承壽命的校核中。使得大家越來(lái)越接近軸承真實(shí)的使用壽命，開(kāi)始有了：額定壽命的概念，以及疲勞壽命，高級(jí)疲勞壽命，使用壽命等等不同的說(shuō)法。
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